7.1 概述

7.1.1 擋土墻的用途

擋土墻是用來支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保持土體邊坡穩(wěn)定的建筑物。在公路工程中，廣泛應(yīng)用與支撐路堤或路塹邊坡、隧道洞口、橋梁兩端及河流岸壁。為收縮坡腳，節(jié)約帶路用地，減少填方量，本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了一段擋土墻。

7.1.2 擋土墻的類型

按擋土墻的位置不同分為：路塹擋墻、路堤擋墻、路肩擋墻和山坡?lián)鯄Α?按擋土墻的結(jié)構(gòu)形式不同，分為：重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、錨桿式、拱式、錨定板式等。

7.2 擋土墻的構(gòu)造與布置

7.2.1 擋土墻的構(gòu)造

擋土墻的構(gòu)造必須滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，同時(shí)考慮就地取材、結(jié)構(gòu)合理、斷面經(jīng)濟(jì)、施工養(yǎng)護(hù)方便與安全。常用的重力式擋土墻，一般由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施和沉降、伸縮縫等幾部分組成 7.2.1.1 墻身

擋土墻靠近回填土的一面稱為墻背，暴露在外側(cè)的一面稱為墻面或墻胸，墻的頂面稱為墻頂，底面稱基地。擋土墻的底部，稱為基礎(chǔ)或基腳，根據(jù)需要可與墻身分開建造，也可整體建造成為墻身的一部分?；椎耐鈧?cè)前緣部分稱為墻趾，基底的內(nèi)側(cè)后緣部分稱為墻踵。 7.2.1.2 基礎(chǔ)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)形式的選擇和基礎(chǔ)埋置深度的確定。擋土墻通常采用淺基礎(chǔ)，只有在特殊情況下，才使用樁基。絕大多數(shù)擋土墻的基礎(chǔ)直接設(shè)置在天然地基上。地基埋置深度取決于地質(zhì)條件、水文情況、凍結(jié)深度、臨近建筑物的基礎(chǔ)影

響等。

7.2.1.3 排水設(shè)施

擋土墻的排水處理是否得當(dāng)，直接影響到擋土墻的安全及使用效果。擋土墻應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，以疏干墻后坡料的水分，防止地表水下滲造成墻后積水，使墻身承受額外的靜水壓力；消除黏性土填料因含水率增加而產(chǎn)生的膨脹壓力；減小季節(jié)性冰凍地區(qū)填料的凍脹壓力。擋土墻的排水設(shè)施通常由地面排水和墻身排水兩部分組成。地面排水，主要是防止地表水滲入墻背填料或地基。因此，可設(shè)置排水溝，以截留地表水。夯實(shí)回填土頂面和地表松土，以減少雨水和地面水下滲，必要時(shí)應(yīng)加設(shè)鋪砌，采取封閉處理。為防止地表水滲入地基，可夯實(shí)墻前回填土及加固邊溝等。墻身排水，主要是為了迅速排除墻后積水。 7.2.1.4 沉降縫與伸縮縫

為防止因地基不均勻沉陷而引起墻身開裂，應(yīng)根據(jù)地基地質(zhì)條件及墻高、墻身斷面的變化情況，設(shè)置沉降縫。為了減少圬工砌體因硬化收縮和溫度變化作用而產(chǎn)生的裂縫，須設(shè)置伸縮縫。

7.2.2 擋土墻的布置

擋土墻的布置是擋土墻設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，通常是在路基橫斷面圖和墻趾縱斷面圖上進(jìn)行。主要內(nèi)容是擋土墻位置的選定和縱向布置。當(dāng)路肩墻與路堤墻的墻高或截面圬工數(shù)量相近、基礎(chǔ)情況相似時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用路肩墻，按路基寬布置擋土墻位置，因?yàn)槁芳鐡跬翂沙浞质湛s坡腳，減少填方和占地。若路堤墻的高度或圬工數(shù)量比路肩墻顯著降低，而且基礎(chǔ)可靠時(shí)，宜選用路堤墻，并作經(jīng)濟(jì)比較后確定墻的位置。

7.3 擋土墻計(jì)算

7.3.1 計(jì)算資料

1）墻身構(gòu)造：擬采用漿砌片石重力式路堤擋土墻，墻高5m，填土高度a=2m，填土邊坡1：1.5，墻背俯斜，傾角?=18°26′(1:0.33)，墻身分段長度10m，初擬墻頂1m，墻底寬3.5m。

2）車輛荷載：計(jì)算荷載，汽車-20級；演算荷載，掛車-100。

3??20kN/m3）填料：容重，計(jì)算內(nèi)摩擦角?=35°，填料與墻背的摩擦角?=3/2。 4）地基情況：容許承載力???=400MPa，基底摩擦系數(shù)f=0.5。

3??22kN/ma5）墻身材料：5號水泥砂漿砌片石，毛體積密度，容許壓應(yīng)力

??a??1250MPa，容許切應(yīng)力????175kPa。

7.3.2 計(jì)算步驟

7.3.2.1 車輛荷載換算 1）求破裂棱體寬度L0。

假設(shè)破裂面交與荷載內(nèi)，????????35°+18°26′+17°30′=70° 56′,求不計(jì)車輛荷載作用時(shí)的破裂棱體寬L0

A?ab?2h0(b?d)?H(H?2a?2h0)tan?

(H?a)(H?a?2h0)2?3?5(5?2?2)tan18.43???0.18 2(5?2)=

tan???tan??(cot??tan?)(tan??A)

=?tan70.93??(cot35??tan70.93?)(tan70.93??0.18?0.531

??arctan0.531?27.97?=27°58′ L0?(H?a)tan??Htan??b

=（5+2）×0.531+5×0.531-3=3.372m 求縱向分布長度 一輛重車的擴(kuò)散長度為：

B=5.6+(H+2a)tan30°=5.6+(5+2×2)tan30°=10.80m大于擋土墻分段長度,取計(jì)算長度B=10.80m?？v向布置一輛重車，總重力為300kN。

計(jì)算等代均布土層厚度

車輪中心距路基邊緣0.5m，L0=3.372m，重車在破裂棱體內(nèi)能布置一輛。

h0??GBL0??300?0.412m

10.80?3.372?20驗(yàn)算荷載，掛車-100，h0=0.8m，布置在路基全寬。 7.3.2.2 主動(dòng)土壓力計(jì)算

設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算：

A?2?3?2?0.412?(3?0.75)?5?(5?2?2?2?0.412)?0.33??0.130

(5?2)?(5?2?2?0.412)tan???tan70.93??(cot35??tan70.93?)?(tan70.93??0.130)?0.56 ??arctan0.56?29.24?=29°14′

破裂棱體寬度L0?(5?2)?0.56?5?0.56?3?3.72m

荷載外緣至墻踵的距離b?d?b0?Htan??2?0.75?8.5?5?0.33?9.6m，大于破裂棱體寬度，破裂面仍交于荷載內(nèi)，與原假定相符，所以選用公式正確。

K?h1?cos(???)cos(29.24??35?)(tan??tan?)??(0.56?0.33)?0.393

sin(???)sin(29.24??70.93?)b?atan?3?2?0.56??2.11m

tan??tan?0.56?0.33d0.75h2???0.84m

tan??tan?0.56?0.33h3?H?h1?h2?5?2.11?0.84?2.05m

K1?1?E?2hhh2a2?22.112?0.412?2.05(1?1)?023?1?(1?)??1.699 2H2H52?5H511?H2KK1??20?52?0.393?1.699?166.9kN 22Ex?Ecos(???)?166.9?cos(18.43??17.5?)?135.1kN

Ey?Esin(???)?166.9?sin(18.43??17.5?)?97.9kN

土壓力作用點(diǎn)

Ha(H?h1)2?h0h3(3h3?2H) Zx??233HK152?(5?2.11)2?0.412?2.05?(3?2.05?2?5)?1.78m =?233?5?1.699Zy?B?Zxtan??3.5?1.78?0.33?2.91m

驗(yàn)算荷載的計(jì)算

A?2?3?2?0.8?3?5?(5?2?2?2?0.8)?0.33??0.111

(5?2)?(5?2?2?0.8)tan???tan70.93??(cot35??tan70.93?)?(tan70.93??0.111)?0.574

??arctan0.56?29.86?=29°51′

破裂棱體寬度L0?(5?2)?0.574?5?0.33?3?2.668m，破裂面交于荷載內(nèi)。

K?h1?cos(???)cos(29.86??35?)(tan??tan?)??(0.574?0.33)?0.391

sin(???)sin(29.86??70.93?)b?atan?3?2?0.574??2.049m

tan??tan?0.574?0.33h2?0

h3?H?h1?h2?5?2.049?0?2.951m

K1?1?E?2hhh2a2?22.0492?0.8?2.951(1?1)?023?1?(1?)??1.825 2H2H52?5H511?H2KK1??20?52?0.391?1.825?178.39kN 22Ex?Ecos(???)?178.39?cos(18.43??17.5?)?144.45kN

Ey?Esin(???)?178.39?sin(18.43??17.5?)?104.68kN

土壓力作用點(diǎn)：

Ha(H?h1)2?h0h3(3h3?2H) Zx??233HK152?(5?2.049)2?0.8?2.591?(3?2.591?2?5)?1.73m =?233?5?1.825Zy?B?Zxtan??3.5?1.73?0.33?2.93m

比較設(shè)計(jì)荷載和驗(yàn)算荷載結(jié)果可知，驗(yàn)算荷載時(shí)的土壓力較大，而且主動(dòng)土壓力的作用點(diǎn)與計(jì)算荷載時(shí)的相近，故墻身斷面尺寸應(yīng)由驗(yàn)算荷載（掛車-100）控制。應(yīng)當(dāng)注意是，一般情況下，墻身斷面尺寸是由驗(yàn)算荷載控制，還是由計(jì)算荷載控制不易直接判別，應(yīng)通過計(jì)算決定。 7.3.2.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算

一般情況下，擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性較易滿足，墻身斷面尺寸主要由抗滑動(dòng)穩(wěn)定性和基地承載力來控制。故選擇基底傾斜1:5(?0?11.31?)

1)計(jì)算墻身重W及力臂Zw( 取墻長1m計(jì))

W??a?A?1??a?(b?B2B?h1?H?)?1

21?3.53.5?(3.5?5)?22?(?5?)?220.55kN

22由力矩平衡原理得

bB?b1B?b1B?h1B??W?ZW??b1?H?1??H(?b1)?????a

22323??13.5?13.5?13.5?13.5????1?5???5?(?1)???22?262.17 ?22323??因而ZW?1.19m

2)抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

Kc?[Wcos?0?Esin(?????0)]f

Ecos(?????0)?Wsin?0??262.17?cos11.31??178.39?sin(18.43??17.5??11.31?)??0.5

178.39?cos(18.43??17.5??11.31?)?262.17?sin11.31?=2.78﹥?Kc?=1.3 滿足要求 3)抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 K0?WZW?EyZyEx(Zx?h1)?220.55?1.19?104.68?2.93

144.45(1.73?0.7)=3.83﹥?K0??1.5 4)基底應(yīng)力與偏心距驗(yàn)算

N?Wcos?0?Esin(?????0)?388.05kN

ZN??WZW?Ey?Zy?Ex(Zx?h1)N

220.55?1.19?104.68?2.93?144.45?(1.73?0.7)?1.08m

388.05B3.5Be0??ZN??1.08?0.67﹥?0.58m 不滿足要求

226將墻趾加寬成寬0.4m，高0.6m的臺階后再進(jìn)行驗(yàn)算： 220.55?1.19?104.68?2.93?144.45?(1.73?0.7?0.08)ZN??1.26m

388.05?3.96B3.5Be0??ZN??1.26?0.49﹤?0.58m 滿足要求。

226?1?N6e388.056?0.49(1?)??(1?)?174.5kPa BB3.93.9N6e388.056?0.49?2?(1?)??(1?)?24.5kPa

BB3.93.9?1、?2均小于1.25??a??1.25?1250?1562.5kPa 滿足要求

5）墻身應(yīng)力驗(yàn)算

由于墻背為直線，最大應(yīng)力降接近基底處，從基底應(yīng)力驗(yàn)算可知，其基底應(yīng)力與偏心距均可滿足要求，墻身截面應(yīng)力也能滿足墻身材料的要求，故可不作驗(yàn)算。

通過上述驗(yàn)算，決定采用的斷面尺寸為：墻頂寬1m，墻底寬3.9m，墻趾加寬臺階高0.6m，寬0.4m。